Предохранительные клапаны для трубопроводов для перекачки жидкостей, регулирования газа, насосных станций и термодинамического сброса
Предохранительные и сбросные клапаны для трубопроводов защищают линии перекачки жидкостей, заблокированные участки трубопроводов, напорные коллекторы насосов, напорные линии компрессоров, газорегуляторные станции, узлы учета, установки запуска и приема поршней, трубопроводы резервуарных парков, линии перекачки химикатов, линии перекачки СПГ и вспомогательные трубопроводы от избыточного давления. Правильный выбор начинается с расчетного давления трубопровода или максимального рабочего давления (MAOP), давления настройки, сценария сброса, требуемой производительности, свойств жидкости или газа, теплового расширения, максимального расхода насоса или компрессора, риска гидравлического удара, противодавления, места сброса, совместимости материалов и требуемых документов для испытаний.
Где используются предохранительные клапаны в трубопроводных системах и системах перекачки
Сброс давления в трубопроводах включает в себя небольшие клапаны термодинамического сброса для заблокированных жидкостных участков, большие сбросные клапаны для защиты напорных линий насосов или компрессоров и клапаны защиты от избыточного давления для газораспределительных и измерительных станций. Тип устройства зависит от того, является ли защищаемая система жидкостной, газовой, криогенной, коррозионной, легковоспламеняющейся, токсичной или предназначена для работы под высоким давлением.
Трубопроводы для перекачки жидкостей
Применяется на линиях для сырой нефти, нефтепродуктов, дизельного топлива, химикатов, растворителей, воды, гликоля и технологических жидкостей. Анализ условий сброса должен включать блокировку теплового расширения, остановку насоса, гидроудар, переполнение, закрытие клапана и безопасный отвод или маршрут возврата.
Станции газораспределения и регулирования
Применяется на газопроводах природного газа, станциях редуцирования давления, узлах учета, городских газораспределительных станциях и газовых коллекторах. При выборе следует учитывать отказ регулятора, максимальное допустимое рабочее давление (MAOP) на стороне потребителя, пропускную способность по газу, герметичность седла и безопасность вытяжной трубы.
Насосные станции и линии налива
Применяется на напорных коллекторах насосов, линиях налива в терминалах, системах перекачки на резервуарных парках и на подпорных станциях трубопроводов. Следует учитывать кривую насоса, давление при остановке, минимальный расход, гидроудар и производительность возврата в резервуар.
Компрессорные станции и газовые коллекторы
Применяется на нагнетательных линиях компрессоров, межступенчатых трубопроводах, охладителях, газосборниках и рециркуляционных коллекторах. Ключевыми факторами при выборе являются максимальный расход компрессора, пульсации, вибрация, противодавление на выходе и безопасный сброс газа.
Камеры запуска и приема поршней, ловушки
Применяется на станциях очистки поршнями, камерах запуска, камерах приема, линиях выравнивания давления в ловушках и системах продувки. Анализ условий сброса должен включать ошибку изоляции, запертое давление, жидкую фазу, заблокированную вентиляцию и безопасный путь сброса давления.
Криогенные и специальные трубопроводы
Применяется на линиях СПГ, жидкого азота, жидкого кислорода, CO₂, аммиака и других специальных сред. Необходимо учитывать низкотемпературные материалы, расширение запертой жидкости, риск образования сухого льда, чистоту по кислороду и безопасную вентиляцию.
Выбор предохранительного клапана для трубопровода начинается с фактического сценария повышения давления
Защита трубопроводов обычно обусловлена конкретным эксплуатационным отказом: закрытый клапан, запертая жидкость, остановка насоса, отказ регулятора, сбой на выходе компрессора, тепловое расширение, переходное явление или заблокированный путь сброса. Устройство сброса должно защищать самый слабый предел прочности при вероятном сценарии.
Термическое расширение заблокированной жидкости
Жидкость, запертая между двумя закрытыми клапанами, может расширяться при повышении температуры. Даже небольшое повышение температуры может создать высокое давление в заполненных жидкостью участках трубопровода, что делает терморегулирующие предохранительные клапаны важными для линий перекачки, трубопроводов резервуарных парков, линий с обогревом и участков с криогенными жидкостями.
Остановка насоса или заблокированный напорный трубопровод
Центробежный, шестеренчатый, винтовой, мембранный или объемный насос может вызвать избыточное давление в напорном трубопроводе при блокировке на выходе. Расчет сброса должен учитывать кривую насоса, максимальный расход, давление при остановке и место назначения возврата или слива.
Отказ регулятора давления газа
Регулятор давления может выйти из строя в открытом положении и подвергнуть трубопровод за регулятором более высокому давлению со стороны входа. Предохранительный клапан должен защищать трубопровод за регулятором, измерительное оборудование, низконапорный коллектор и подключенных потребителей.
Повышенное давление на выходе компрессора
Сбой управления компрессором, блокировка нагнетания, отказ перепускного клапана или сбой противоаварийной защиты могут привести к повышению давления в газопроводе. Необходимо учитывать максимальный расход компрессора, свойства газа, температуру на выходе и противодавление на свече или в системе сброса.
Переходное явление, гидроудар или быстрое закрытие клапана
Длинные жидкостные трубопроводы могут испытывать скачки давления из-за останова насосов, клапанов аварийного останова, быстрозакрывающихся погрузочных устройств или хлопка обратного клапана. В дополнение к стандартным ПСК могут потребоваться клапаны сброса переходных давлений, аккумуляторы или логика управления.
Пайпинг, поршневые системы и запертое давление
Пусковые и приемные устройства для поршневых систем и трубопроводы станций могут удерживать газ или жидкость во время изоляции, выравнивания давления или сброса. Выбор предохранительного клапана должен учитывать объем корпуса, выравнивание давления, пронос поршня и безопасное снижение давления.
Примеры применения предохранительных клапанов для трубопроводов с типичными данными для запроса коммерческого предложения
Эти примеры показывают, как требования к сбросу давления в трубопроводах обычно описываются перед выбором модели. Окончательный расчет размера должен быть подтвержден данными трубопровода, расчетным давлением или MAOP, свойствами рабочей среды, данными насоса или компрессора, проверенным расчетом сброса и анализом безопасности объекта.
Пример 1: Терморегулирующий предохранительный клапан для заблокированной линии перекачки дизельного топлива
Термический сбросТерморегулирующие предохранительные клапаны часто бывают небольшими, но они защищают заполненные жидкостью трубопроводы от очень высокого давления. Их следует устанавливать в заблокированных участках, где жидкость может быть заперта между закрытыми клапанами.
Пример 2: Предохранительный клапан для защиты от гидроудара на насосной станции сырой нефти
Защита от гидроударовДлинные жидкостные трубопроводы могут требовать защиты от гидроударов, а не только стандартного предохранительного клапана (PSV). Случаи гидроударов должны быть подтверждены анализом гидравлических переходных процессов, когда могут возникать быстрые волновые давления.
Случай 3: Предохранительный клапан газорегуляторной станции природного газа
Отказ регулятораПредохранительные клапаны газопроводов должны выбираться исходя из рабочего давления после регулятора и максимального расхода при отказе регулятора. Необходимо проверить расположение вентиляционного стояка на наличие источников воспламенения, воздухозаборников и потенциального воздействия на персонал.
Пример 4: Предохранительный клапан для линии перекачки СПГ от теплового расширения
Криогенная жидкостьКриогенное расширение жидкости может вызвать сильное повышение давления в заблокированных участках. Предохранительный клапан должен использовать подходящие низкотемпературные материалы и сбрасывать давление в утвержденный маршрут для холодного пара.
Кейс 5: Коррозионностойкий клапан сброса давления для трубопровода химической перекачки
Коррозионная жидкостьДля сброса давления в коррозионных трубопроводах необходимо учитывать химический состав как жидкости, так и пара. Материалы корпуса, тарелки, седла, прокладки и напорного трубопровода должны выбираться исходя из фактической концентрации и температуры.
Кейс 6: Предохранительный клапан приемной камеры поршня
Станция очистки поршнямиЛовушки поршней открываются для эксплуатации и технического обслуживания, поэтому контроль давления в ловушке имеет решающее значение. Маршруты сброса давления и продувки должны рассматриваться совместно, чтобы избежать опасного воздействия во время очистки поршнями.
Матрица данных предохранительных клапанов для трубопроводов
| Трубопроводный сервис | Типичная среда | Распространенная причина срабатывания клапана | Необходимая инженерная проверка | Рекомендуемый обзор клапанов | Риск при упущении |
|---|---|---|---|---|---|
| Заблокированная линия жидкости | Дизельное топливо, сырая нефть, растворитель, вода, гликоль, химическая жидкость | Тепловое расширение между закрытыми клапанами | Тепловое расширение, номинальное давление линии, давление настройки, пункт возврата | Терморазгрузочный клапан с совместимым седлом и безопасным маршрутом возврата | Разрыв трубопровода, утечка фланца или отказ прокладки |
| Напорный трубопровод насоса | Сырая нефть, нефтепродукт, химическая жидкость, вода | Зависание насоса, заблокированный выход, гидроудар | Кривая насоса, давление зависания, переходное давление, производительность возврата | Предохранительный клапан, клапан сброса гидроудара или защита рециркуляции насоса | Гидравлический удар или повреждение насоса |
| Газовая ПСК станция | Природный газ, топливный газ, азот, водород | Отказ регулятора или блокировка на выходе | Максимальное допустимое рабочее давление на выходе, максимальный расход регулятора, газоотводная труба, шум | Газовый предохранительный клапан с герметичным закрытием и безопасным сбросом | Повышение давления на выходе или небезопасный выброс газа |
| Линия нагнетания компрессора | Природный газ, нефтезаводской газ, CO₂, воздух, водород | Заблокированный выход, отказ рецикла, отказ управления компрессором | Максимальный расход компрессора, температура, пульсация, противодавление | Конвенциональный, сильфонный или пилотный клапан в зависимости от условий в коллекторе | Потеря производительности, вибрация, усталость или перегрузка факельной системы |
| Криогенная линия перекачки | СПГ, жидкий азот, жидкий кислород, жидкий CO₂, криогенная жидкость | Утечка тепла в заблокированной жидкости, изоляция клапана, испарение | Низкотемпературный материал, запертый объем, обледенение выхода, маршрут вентиляции | Криогенный терморегулирующий предохранительный клапан с утвержденным путем сброса | Хладоломкость, резкое повышение давления или блокировка вентиляционного отверстия льдом |
| Узел запуска/приема поршня (Pig launcher / receiver) | Газ, сырая нефть, конденсат, многофазная среда | Ошибка изоляции, запертое давление, заблокированный сброс, унос порции жидкости (slug carryover) | Запертый объем, фазовое поведение, унос жидкости и маршрут сброса | Анализ предохранительного клапана (PSV) с контролируемым сбросом давления и дренажом | Небезопасное открытие, высвобождение запертой энергии или сброс жидкой фазы (liquid slug discharge) |
Как правильно подобрать предохранительный клапан для трубопровода
1. Определите границу давления защищаемого трубопровода
Начните с максимального допустимого рабочего давления трубопровода (MAOP), расчетного давления, класса трубопровода, рейтинга фланцев, данных станции, самого слабого оборудования ниже по потоку и применимой нормативной базы. Установочное давление должно обеспечивать защиту границы давления с наименьшим рейтингом.
2. Определите управляющий сценарий сброса давления
Рассмотрите тепловое расширение, режим заклинивания насоса, нагнетание компрессора, отказ регулятора, заблокированный выход, гидроудар, закрытие клапана, переполнение, изоляцию при очистке поршнем и воздействие огня. Наибольший достоверный сценарий определяет требуемую производительность и тип клапана.
3. Идентифицируйте среду, фазу и свойства рабочей среды
Газ, жидкость, вскипающая жидкость, криогенная среда и многофазный поток требуют различных входных данных для расчета. При наличии следует предоставить плотность, молекулярную массу, вязкость, давление насыщенного пара, температуру и состав.
4. Проверьте данные насоса, компрессора или регулятора
Для систем с насосами и компрессорами используйте максимальную возможную производительность оборудования, а не только нормальный расход. Для станций с регуляторами подтвердите давление до регулятора, MAOP после регулятора и производительность регулятора в аварийном открытом состоянии.
5. Проверьте противодавление и место сброса
Сброс может осуществляться в резервуар, линию всасывания, на факел, в вентиляционную трубу, закрытую дренажную систему, скруббер, систему рекуперации паров или газопровод для испарений сжиженного природного газа (BOG). Необходимо рассмотреть противодавление, шум, силу реакции, рассеивание паров и удержание жидкости.
6. Подтверждение материалов и документации
Материалы корпуса, седла, пружины, прокладки, сильфона и мягкого уплотнения должны соответствовать условиям эксплуатации с коррозионными жидкостями, сероводородными газами, водородом, кислородом, криогенными средами, аммиаком, CO₂ или углеводородами. Перед производством следует подтвердить требуемые документы для испытаний.
Предохранительные клапаны трубопроводов должны проверяться с учетом гидроударов, противодавления и безопасного отвода сбросов
Почему изменения в установке трубопровода влияют на работу клапана
Устройства сброса давления на трубопроводах подвержены влиянию длины линии, профиля высот, скорости закрытия клапана, гидроударов, противодавления на факеле, давления в линии возврата, статического напора, вибрации, подземной или наружной установки, температуры окружающей среды и доступности для обслуживания. Клапан, правильно рассчитанный на бумаге, может не обеспечить защиту системы, если потери давления на входе чрезмерны или маршрут сброса ограничен.
При установке следует учитывать короткое входное соединение, отсутствие несанкционированной изоляции, опору выходного патрубка, дренаж, рассеивание газа, противодавление на факеле или сборном коллекторе, пропускную способность закрытого дренажа, пропускную способность линии возврата, реакцию на гидроудары, обледенение криогенных вентиляционных отверстий и доступность для калибровки или замены.
Проверки при монтаже на объекте
- Подтвердите MAOP трубопровода, класс трубопровода и самое слабое нижестоящее разрывное давление.
- Установите клапаны сброса теплового расширения на участках, где жидкость может быть заблокирована.
- Удерживайте потери давления на входе в пределах проектного лимита.
- Не устанавливайте несанкционированные запорные клапаны между защищаемой линией и устройством сброса давления.
- Поддерживайте напорный трубопровод без нагрузки на корпус клапана.
- Направляйте сбросы газа, легковоспламеняющихся паров, токсичных паров и коррозионных сред в утвержденные безопасные места.
- Проанализируйте гидроудары, гидравлический удар, вибрацию и циклическую работу перед утверждением окончательного местоположения клапана.
Стандарты и документы для подтверждения перед заказом
Общие ссылки по трубопроводам и сбросу давления
Спецификации сброса давления в трубопроводах могут ссылаться на ASME B31.3, ASME B31.4, ASME B31.8, API 520, API 521, API 526, API 527, ISO, EN, GB, местные правила эксплуатации трубопроводов, спецификации владельца и стандарты комплектного оборудования станций. Основа применимого кода должна быть подтверждена перед составлением коммерческого предложения.
- ASME B31.3 для технологических трубопроводов на НПЗ, химических, газовых заводах, в инженерных системах и комплектном оборудовании.
- ASME B31.4 для систем транспортировки жидких и шламовых сред по трубопроводам, где это указано в проекте.
- ASME B31.8 для систем транспортировки и распределения газа, включая компрессорные, измерительные и регулирующие станции.
- API 520 для расчета и выбора устройства сброса давления, где это требуется проектом.
- API 521 для анализа систем сброса давления и снижения давления в технологических и нефтеперерабатывающих установках.
- API 527 когда требуется проверка герметичности седла по спецификации.
- Спецификации владельца для сброса давления при гидроударе, термического сброса, сероводородного газа, водорода, кислорода, СПГ, аммиака, CO₂ или коррозионностойких трубопроводных систем.
Типовой пакет документов для сброса давления в трубопроводах
Документация должна быть согласована до начала производства, особенно для трубопроводных станций, насосных установок, компрессорных установок, газорегулирующих станций, линий перекачки СПГ, систем очистки поршнями и комплектов для перекачки химических веществ.
- Технический паспорт с указанием модели, размера, проходного сечения, давления настройки и присоединения.
- Расчет размера или подтверждение сертифицированной пропускной способности.
- Сертификат калибровки давления настройки.
- Отчет об испытаниях под давлением и отчет о герметичности седла, если требуется.
- Сертификат на материалы для деталей, работающих под давлением, и седел клапана, если указано.
- Специальная очистка, обезжиривание, для низких температур, сероводородных сред или очистка для кислородных сред, если это указано.
- Общий компоновочный чертеж, размеры, вес и ориентация выхода.
- Табличка, номер бирки, запись о присутствии при инспекции и подтверждение маркировки проекта.
Чек-лист данных для запроса коммерческого предложения на предохранительный клапан для трубопровода
| Необходимые данные | Почему это важно | Пример ввода |
|---|---|---|
| Трубопроводный сервис | Определяет сценарий сброса, среду и конфигурацию клапана. | Перекачка жидкостей, ГРП на газопроводе, нагнетание компрессора, насосная станция, приемник поршня |
| Расчетное давление / Максимальное допустимое рабочее давление (MAOP) | Определяет границу давления, которую необходимо защитить. | 16 barg, 45 barg, 100 barg, 150 psi, PN40, Class 300 |
| Давление настройки | Определяет давление открытия клапана. | Ниже MAOP трубопровода, предел напорного коллектора, значение защиты насосной станции |
| Сценарий сброса давления | Определяет требуемую пропускную способность сброса и требования к быстродействию. | Термическое расширение, заклинивание насоса, отказ регулятора, блокировка на выходе, гидроудар |
| Среда и фаза | Влияет на расчет размеров, материал, вентиляцию и поведение при сбросе. | Природный газ, сырая нефть, дизельное топливо, растворитель, кислота, СПГ, CO₂, аммиак, многофазный поток |
| Требуемая пропускная способность | Подтверждает, может ли клапан защитить трубопровод. | кг/ч, Нм³/ч, SCFM, м³/ч, GPM, характеристика насоса, карта компрессора |
| Температура сброса | Влияет на материал, пружину, седло и номинальное давление. | Окружающая среда, 60°C, 120°C, -162°C СПГ, низкотемпературное состояние CO₂ |
| Рабочее давление | Подтверждает запас по давлению и риск утечки. | Нормальное давление, максимальное рабочее давление, минимальное всасывающее давление |
| Противодавление | Влияет на производительность клапана, стабильность и тип клапана. | Атмосферный выброс, газопровод факельной установки, возврат в резервуар, возврат на всасывание, закрытый дренаж, газопровод испаренного СПГ |
| Материал / специальное применение | Предотвращает коррозию, охрупчивание, загрязнение или утечку. | Детали из 316SS, низкотемпературный материал, среда с сероводородом, кислородная чистота, седло из PTFE |
| Тип присоединения и класс прочности | Обеспечивает совместимость с трубопроводной обвязкой станции и классом давления. | RF фланец, RTJ, NPT, сварной конец, Class 150–2500, PN16–PN160 |
| Необходимые документы | Позволяет избежать задержек при инспекции, установке и вводе в эксплуатацию. | Технический паспорт, чертеж, сертификат материала (MTC), отчет о калибровке, испытание давлением, сертификат производительности |
Окончательный выбор должен быть подтвержден данными трубопровода, MAOP или расчетным давлением, свойствами рабочей среды, данными насоса или компрессора, основанием для отказа регулятора, применимым кодом, проверенным расчетом и инженерным анализом.
Распространенные ошибки при выборе предохранительных клапанов для трубопроводов
Игнорирование теплового расширения заблокированной жидкости
При нагреве жидкость, запертая между закрытыми клапанами, может создавать высокое давление. Термический сброс давления часто требуется, даже если нормальное давление в трубопроводе кажется низким.
Покупка только по размеру трубы
Размер трубопровода не определяет пропускную способность для сброса давления. Сброс давления в трубопроводе следует проверять относительно расхода насоса, расхода компрессора, расхода при отказе регулятора, теплового расширения или гидроудара.
Использование нормального расхода в качестве расхода для сброса давления
Режим тупиковой работы насоса, блокировка нагнетания компрессора и отказ регулятора могут потребовать гораздо большей скорости сброса, чем нормальный рабочий расход или средняя скорость перекачки.
Игнорирование гидроударов и колебаний давления
Длинные жидкостные трубопроводы могут испытывать кратковременные скачки давления из-за закрытия клапана, отключения насоса или удара обратного клапана. Обычный предохранительный клапан может не сработать как система сброса давления при гидроударе.
Сброс газа в небезопасные места
Сброс природного газа, водорода, CO₂, аммиака и кислорода требует безопасного отвода. Следует учитывать высоту отвода, рассеивание газа, источники воспламенения и доступ персонала.
Игнорирование противодавления от систем возврата или сжигания на факеле
Предохранительный клапан, сбрасывающий давление в систему сжигания на факеле, возврата в резервуар, закрытого дренажа или возврата на всасывание, может испытывать противодавление, которое снижает его производительность или вызывает нестабильную работу.
Продолжите обзор сброса давления в вашем трубопроводе
Эти связанные страницы помогут перейти от требований к применению в трубопроводах к детальному выбору, расчету размеров, анализу для конкретной среды и подготовке документации для предохранительных клапанов.
FAQ по предохранительным клапанам трубопроводов
Подготовьте полный лист данных ПСК для трубопровода перед запросом ценового предложения
Укажите условия эксплуатации трубопровода, MAOP или расчетное давление, давление настройки, сценарий сброса, среду и фазу, требуемую производительность, температуру сброса, рабочее давление, противодавление, маршрут сброса, требования к материалу, стандарт присоединения и необходимые документы. Полный лист данных помогает избежать небезопасных предположений и ускоряет инженерный анализ.
